摘要：本文针对难熔金属焊缝熔合区（FZ）的微观结构特征，提出了一种创新的定量表征方法，用于系统分析晶粒形状、尺寸及晶界曲率的空间分布变化。该方法通过对模拟钼焊接样品的图像处理，结合多项式拟合与导数计算，实现了对晶粒取向角度（θ）和曲率的精确量化。研究结果表明，焊接速

本文针对难熔金属焊缝熔合区（FZ）的微观结构特征，提出了一种创新的定量表征方法，用于系统分析晶粒形状、尺寸及晶界曲率的空间分布变化。该方法通过对模拟钼焊接样品的图像处理，结合多项式拟合与导数计算，实现了对晶粒取向角度（θ）和曲率的精确量化。研究结果表明，焊接速度的增加显著影响晶粒排列方式与尺寸分布：速度提升50%使取向接近焊接方向法线（0°–30°）的晶粒比例增加一倍以上，同时沿焊接方向的平均晶粒尺寸从约120 μm减小至84 μm。此外，晶界曲率在熔合区边缘呈现负值趋势，表明晶粒随距离中心线增加逐渐转向垂直于焊接方向。该方法的建立为理解焊接参数对微观结构的调控机制提供了可靠的数据支持，尤其适用于高熔点金属如铱和钼的焊接质量评估与性能优化。

小编精选文章创新点

本文创新性地开发了一套基于图像处理与多项式拟合的定量分析流程，可精确计算焊缝中晶粒取向与曲率的空间分布，突破了传统定性表征的局限，为焊接微观结构研究提供了可量化的新手段。

文章封面·部分截图

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部分内容解读

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图1 展示了不同焊接速度下模拟（a）与实验（b）钼焊缝底部微观结构对比，以及对应焊缝形貌（c），直观反映了速度增加对晶粒形貌与排列的影响。

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图2 详细说明了从原始图像到晶粒中心线提取、多项式拟合及角度计算的图像处理流程，为核心算法提供可视化支持。

03

图3 通过二维分布图（a）、取向比例统计（b）和晶粒尺寸变化（c）揭示了焊接速度对晶粒取向和尺寸的定量影响。

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图4 以箱线图形式展示了不同位置晶界曲率的分布特征，表明速度增加导致熔合区边缘曲率绝对值减小。

文章总结 / Conclusion

焊接速度增加50%显著改变了焊缝微观结构：晶粒更倾向于垂直于焊接方向排列（0°–30°区间比例倍增），平行方向（60°–90°）比例减半；中心线处晶粒尺寸从120 μm降至84 μm，且晶界曲率在边缘区域负值幅度随速度提升而减小，表明晶粒转向行为趋于平缓。

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idea

① 将该定量方法应用于多元合金或异种材料焊接体系，探究成分梯度对晶粒演化规律的耦合影响。

② 结合原位实验与多物理场模拟，建立热-力-组织耦合模型，进一步揭示焊接参数与微观性能的关联机制。

文章信息

发布日期：2020年03月06日

文章标题：On the quantitative characterization of weld microstructures

标题翻译：焊缝微观结构的定量表征

期刊名称：《Scripta Materialia》

DOI：10.1016/j.scriptamat.2020.02.026

通讯作者单位：橡树岭国家实验室（美国）

长三角G60激光联盟陈长军转载

来源：江苏激光联盟